Конспект лекции по дисциплине "Материаловедение". Тема "Алюминий и его сплавы"

Конспект лекции по дисциплине «Материаловедение»

Тема: Алюминий и его сплавы.

 Алюминий – легкий металл с плотностью 2,7 г/см³ и температурой плавления 660^oС. Имеет гранецентрированную кубическую решетку. Обладает высокой тепло- и электропроводностью. Химически активен, но образующаяся плотная пленка оксида алюминия Al₂O₃, предохраняет его от коррозии.

Механические свойства:

1. предел прочности 150 МПа,

2. относительное удлинение 50 %,

3. модуль упругости 7000 МПа.

Алюминий высокой чистоты маркируется А99 (99,999 % Al), А8, А7, А6, А5, А0 (содержание алюминия от 99,85 % до 99 %).

Технический алюминий хорошо сваривается, имеет высокую пластичность.

Из него изготавливают строительные конструкции, малонагруженные детали машин, используют в качестве электротехнического материала для кабелей, проводов.

 Алюминиевые сплавы.

 Принцип маркировки алюминиевых сплавов.

В начале указывается тип сплава:

1. Д – сплавы типа дюралюминов;

2. А – технический алюминий;

3. АК – ковкие алюминиевые сплавы;

4. В – высокопрочные сплавы;

5. АЛ – литейные сплавы.

Далее указывается условный номер сплава.

За условным номером следует обозначение, характеризующее состояние сплава:

1. М – мягкий (отожженный);

2. Т – термически обработанный (закалка плюс старение);

3. Н – нагартованный;

4. П – полунагартованный

По технологическим свойствам сплавы подразделяются на три группы:

1. деформируемые сплавы, не упрочняемые термической обработкой:

2. деформируемые сплавы, упрочняемые термической обработкой;

3. литейные сплавы.

Методами порошковой металлургии изготовляют спеченные алюминиевые сплавы (САС) испеченные алюминиевые порошковые сплавы (САП).

 Деформируемые сплавы, не упрочняемые термической обработкой.

 Прочность алюминия можно повысить легированием. В сплавы, не упрочняемые термической обработкой, вводят марганец или магний. Атомы этих элементов существенно повышают его прочность, снижая пластичность. Обозначаются сплавы: с марганцем – АМц, с магнием – АМг; после обозначения элемента указывается его содержание (АМг3).

Магний действует только как упрочнитель, марганец упрочняет и повышает коррозионную стойкость.

Прочность сплавов повышается только в результате деформации в холодном состоянии. Чем больше степень деформации, тем значительнее растет прочность и снижается пластичность. В зависимости от степени упрочнения различают сплавы нагартованные и полунагартованные (АМг3П).

Эти сплавы применяют для изготовления различных сварных емкостей для горючего, азотной и других кислот, мало- и средненагруженных конструкций.

 Деформируемые сплавы, упрочняемые термической обработкой.

 К таким сплавам относятся дюралюмины (сложные сплавы систем алюминий – медь – магний или алюминий – медь – магний – цинк). Они имеют пониженную коррозионную стойкость, для повышения которой вводится марганец.

Дюралюмины обычно подвергаются закалке с температурой 500^oС и естественному старению, которому предшествует двух-, трехчасовой инкубационный период. Максимальная прочность достигается через 4…5 суток.

Широкое применение дюралюмины находят в авиастроении, автомобилестроении, строительстве.

Высокопрочными стареющими сплавами являются сплавы, которые кроме меди и магния содержат цинк. Сплавы В95, В96 имеют предел прочности около 650 МПа. Основной потребитель – авиастроение (обшивка, стрингеры, лонжероны).

Ковочные алюминиевые сплавы АК, АК8 применяются для изготовления поковок. Поковки изготавливаются при температуре 380…450^oС, подвергаются закалке от температуры 500…560^oС и старению при 150…165^oС в течение 6…15 часов.

В состав алюминиевых сплавов дополнительно вводят никель, железо, титан, которые повышают температуру рекристаллизации и жаропрочность до 300^oС.

Изготавливают поршни, лопатки и диски осевых компрессоров, турбореактивных двигателей.

 Литейные алюминиевые сплавы.

 К литейным сплавам относятся сплавы системы алюминий – кремний (силумины), содержащие 10…13 % кремния.

Присадка к силуминам магния, меди содействует эффекту упрочнения литейных сплавов при старении.

Титан и цирконий измельчают зерно.

Марганец повышает антикоррозионные свойства.

Никель и железо повышают жаропрочность.

Литейные сплавы маркируются от АЛ2 до АЛ20.

Силумины широко применяют для изготовления литых деталей приборов и других средне- и малонагруженных деталей, в том числе тонкостенных отливок сложной формы.